En beräkning med hög genomströmning för Na-migrationsenergier utförs i cirka 4, 300 föreningar i den oorganiska kristallstrukturdatabasen, som föreningen verkligen uppvisade utmärkt prestanda med hög hastighet och cyklisk hållbarhet; i detalj, föreningen uppvisar stabil 10C -cykling, vilket motsvarar hastigheten på endast sex minuter för full laddning/urladdning, och ca. 94 procent kapacitetsretention efter 50 laddnings-/urladdningscykler vid rumstemperatur. Dessa resultat är jämförbara med eller överträffar representativa katodmaterial för natriumjonbatterier. Upphovsman:NITech
Forskare vid Nagoya Institute of Technology (NITech) i Japan har visat att ett specifikt material kan fungera som en effektiv batterikomponent för natriumjonbatterier som kommer att konkurrera med litiumjonbatterier om flera batterigenskaper, särskilt laddningshastigheten.
Fyndet publicerades i Vetenskapliga rapporter i november 2018 och studien leddes av Naoto Tanibata, Ph.D., en biträdande professor vid Institutionen för avancerad keramik på NITech.
De populära litiumjonbatterierna har flera fördelar-de är laddningsbara och har ett brett tillämpningsspektrum. De används i enheter som bärbara datorer och mobiltelefoner samt i hybrid- och helt elektriska bilar. Elfordonet - en viktig teknik för att bekämpa föroreningar på landsbygden och inleda rena och hållbara transporter - är en viktig aktör för att lösa energi- och miljökriser. En nackdel med litium är det faktum att det är en begränsad resurs. Det är inte bara dyrt, men dess årliga produktion är (tekniskt) begränsad (på grund av torkningsprocessen). Med tanke på ökad efterfrågan på batteridrivna enheter och särskilt elbilar, behovet av att hitta ett alternativ till litium - ett som är både billigt och rikligt - börjar bli akut.
Natriumjonbatterier är ett attraktivt alternativ till litiumbaserade jonbatterier av flera skäl. Natrium är inte en begränsad resurs - det finns gott om i jordskorpan såväl som i havsvatten. Också, natriumbaserade komponenter har en möjlighet att ge mycket snabbare laddningstid med lämplig kristallstruktur. Dock, natrium kan inte bara bytas ut med litium som används i de aktuella batterimaterialen, eftersom den har en större jonstorlek och något annorlunda kemi. Därför, forskare har till uppgift att hitta det bästa materialet för natriumjonbatteri bland ett stort antal kandidater genom ett försök-och-fel-tillvägagångssätt.
Forskare vid NITech har hittat en rationell och effektiv väg kring denna fråga. Efter att ha extraherat cirka 4300 föreningar från en kristallstrukturdatabas och följt en beräkning av dessa föreningar med hög kapacitet, en av dem gav gynnsamma resultat och var därför en lovande kandidat som en natriumjonbatterikomponent. Forskarna identifierade att Na 2 V 3 O 7 visar önskvärd elektrokemisk prestanda samt kristall- och elektroniska strukturer. Denna förening lovar snabb laddningsprestanda, eftersom den kan laddas stabilt inom 6 minuter. Forskarna visade också att föreningen ger både lång batteritid och kort laddningstid.
"Vårt mål var att ta itu med det största hindret som stora batterier står inför i applikationer som elbilar som starkt förlitar sig på lång laddningstid. Vi tog oss an frågan via en sökning som skulle ge material som är tillräckligt effektiva för att öka batteriets prestanda".
Trots de gynnsamma egenskaperna och den övergripande önskade effekten på natriumjonbatterier, forskarna fann att Na 2 V 3 O 7 genomgått en försämring i de sista laddningsstegen, vilket begränsar den praktiska lagringskapaciteten till hälften av den teoretiska. Som sådan, i deras framtida experiment, forskarna syftar till att fokusera på att förbättra prestandan för detta material så att det kan förbli stabilt under hela laddningsstegets varaktighet. "Vårt yttersta mål är att etablera en metod som gör att vi effektivt kan designa batterimaterial via en kombination av beräkningsmetoder och experimentella metoder, "Dr Tanibata tillägger.
